移动互联网导论(第3版)课件20_智能机器人网络

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ZigBee ZigBee无线网络协议层
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Dr. Xinbing Wang
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ZigBee
TI公司芯片CC2530
– 用于2.4GH IEEE、ZigBee和RF4CE应用的片上 系统解决方案。
– USART0和USART1被配置为一个SPI主/从或一 个USART，为RX和TX提供双缓 冲，以及硬件流控制。
– 内置无线网络IEEE 802.11协议栈以及TCP/IP协 议栈。
– 传输速度较低，最高仅11kb/s – 适用数据量小，传输实时性要求低的网络
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ZigBee
ZigBee简介
– ZigBee是一种低速率、短距离的通信协议，工 作频段在868MHz、915MHz和2.4GH中个频段 上，其中2.4GHz频段比较常用。
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H20系列人型机器人
H20硬件模块示意图
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H20系列人型机器人
软件编程环境
– 使用Microsoft Robotics Studio、Visual Studio 2008 C#、VC++或Vb即可完成低阶的机器人控 制，包括：
相关扩展
– 分布式系统与算法 – 人工智能 – 机器学习
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NAO人型机器人
软件开发环境
– 操作系统
Intel ATOM 1.6GHz处理器 基于Linux内核的NAOQi操作系统
– 编程语言
Aldebaran公司向所有用户提供一套SDK，兼容Java、 JavaScript、C++、Python、Matlab等语言 SDK包含3个重要模块：
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分布式系统与算法
分布式系统
– 在一个完全“自治”的机器人网络系统中，并不 像集中式的网络，而是一个“多主体”的分布式 系统，人们需要分布式的算法来使这个系统完成 目标任务
– 优点在于各个主体的独立 性很强，单个个体的故障 并不影响整个系统的正常 运作。
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WiFi遵循IEEE 802.11标准
– WiFi支持AP模式的基础网传输和Ad hoc的自组 网传输
AP模式：所有设备连接到AP，设备之间要想相互通 信，一个设备将数据传输到AP，AP再将数据传输到 另一个设备
Ad hoc模式：两台设备通过WiFi直接通信，如果设 别想和覆盖范围之外的设备通信，可通过多跳传输
– 主要应用与一些电量供给有限、要求低耗的应 用中，比较适合于机器人网络平台的协议
– ZigBee协议是基于OSI模型，拥有传统Internet 分层结构的优点
– ZigBee在不要求传输速率的前提下，能耗最小、 复杂度最低
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– Choreraphe：该公司自主研发的编程软件 – Webots：模拟工具，可建立一个虚拟的环境来模拟程序的
结果 – Monitor：向用户提供NAO看到和及感知到的反馈信息
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NAO人型机器人
应用 机器人世界杯
FIRA(Federation of International Robot-Soccer Association)是由韩国人创立的组织。自1997年开 始，该组织每年举办一次机器人世界杯，所用的 机器人正是NAO。
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WiFi
针对TI Simple Link CC3000的WiFi解决方案
芯片与控制板的互联示意图
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WiFi
串口WiFi模块
– 是基于UART接口的符合Wi-Fi无线网络标准的 嵌入式模块
– 模块大致可以分为三类：
CPU和内存相关的模块 外设、时钟和电源管理相关的模块 无线电相关的模块
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相关扩展
分布式系统与算法的简单介绍，人工智能研究途径和关键技术的 介绍以及对于机器学习主要算法和应用的扩展介绍
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位置获取 速度、加速度控制 传感器信息获取 机器人状态监测
– 公司提供了含多个子系统的PC端控制界面，可 直接查看机器人的状态并控制它的运动。
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H20系列人型机器人
应用 接待机器人
– 主要应用于陈列室、展览馆的接待机器人，该 机器人带有室内GPS，在室内进行定为方面比 较杰出，可以自动避障到地图的指定位置处。
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人工智能
人工智能的研究途径和关键技术
– 功能模拟
以人脑的心理模型为基础，将问题或知识表示成某 种逻辑网络，采用符号推演的方法，实现搜索、推 理和学习的方法。
– 行为模拟
基于感知-行为牟星 模拟人在控制过程中的只能活动和行为特征 强调智能系统和周围环境的交互 智能的高低体现在对环境的适应上
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智能机器人平台
智能机器人的行动能力和感知外部世界的能力依赖于各式硬件设 备，如何有效地发挥这些硬件的效能则取决于软件编程。
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NAO人型机器人
硬件平台
– NAO是一个高58cm的仿人型机器人，由法国 Aldebaran Robotics建造，它拥有：
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H20系列人型机器人
硬件
– H20机器人由加拿大公司制造，其硬件有：
前胸配置平板电脑 导航和定为提供点到点的避障导航 室内GPS IEEE 802.11g无线网络 超声波和红外模块 高清晰度的摄像头
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国内机器人现状
目前没有成熟的人形机器人平台 近期研究出一款商用型的服务机器人塔米
– 能像人一样说话 – 能听懂200多个中文句子 – “眼睛”能识别主人和物体，并说出名字 – 能自动绕开障碍物自由行走
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25个电机，控制全身各个关节的移动； 2个920p摄像头，每秒最多摄取30个图像； 一个惯性导航仪确定自己是否处于直立状态； 一个麦克风，探测、追踪、识别发声物体，完成语音识别 声纳测距仪，感知周围物体，测距范围为0～70cm； 2套红外线接收器； 触摸传感器和压力传感器； WiFi （兼容IEEE 802.11g）和以太网支持。
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人工智能
人工智能的应用
– 智能机器人已经在工业、空间海洋、军事、医 疗等众多领域取得了应用，并取得巨大的收益。
– 人工智能在机器视觉、指纹识别、人脸识别等 也有广泛的应用。其中机器视觉常常与智能机 器人相结合，智能机器人视觉技术已经比较成 熟，堪比人眼，也是目前人工智能技术中最贴 近人类本身智能的一项技术。
– 最大期望
EM算法是在概率模型中寻找参数最大似然估计的算 法，是一种依赖隐变量的迭代算法。
– K-means算法
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总结
智能机器人平台
– NAO人型机器人 – H20系列人型机器人 – 国内机器人现状
网络模块
– Wi-Fi – ZigBee
。
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WiFi
TI Simple Link CC3000
– 是一款完备的无线网络处理器，简化了互联网 连通性的实施。
– 该模块可与智能机器人的控制板相连作为通信 模块。
– 内部存有TCP/IP协议栈，传输速度11Mb/s – 服从802.11b/g标准 – TI公司提供SDK和API
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Βιβλιοθήκη Baidu
网络模块
为组建智能机器人网络，通信模块必不可少
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WiFi
WiFi传输模式
– WiFi是一种无线信号，是无线通信技术的品牌
无线网络是指能将个人电脑、手持设备等终端以无 线方式相互连接的技术，与WiFi并不是同一概念
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智能机器人网络
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概览
智能机器人平台
– NAO人型机器人 – H20系列人型机器人 – 国内机器人现状
网络模块
– Wi-Fi – ZigBee
相关扩展
– 分布式系统与算法 – 人工智能 – 机器学习
总结
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机器学习
机器学习主要算法
– 决策树模型
机器学习中，决策树是一个预测模型，它代表的是 对象属性与对象值之间的一种映射关系，树中的每 个节点表示某个对象，而每个分叉路径则代表某个 可能的属性值，而每个叶节点则对应从根节点到该 叶节点经历路径所表示的对象的值。